Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

М.П. Чубик
Экология человека

Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 147 с.

Предыдущая

6. Антропогенное воздействие на окружающую среду

6.4. Антропогенное воздействие на литосферу

Человек, прежде всего, интенсивно воздействует на верхнюю часть твердой оболочки Земли. Преимущественно это воздействие приходится на верхний плодородный слой литосферы – почву, являющуюся важнейшим компонентом любой экологической системы суши, на базе которого происходит развитие растительных сообществ составляющих, в свою очередь, основу пищевых цепей всех остальных организмов, образующих экологические системы Земли. Люди не составляют здесь исключения: благополучие любого человеческого общества определяется состоянием земельных ресурсов и плодородием почв.

Плодородные земли относятся к условно возобновимым ресурсам, однако время, необходимое для их восстановления, т. е. для формирования плодородного слоя достаточной для сельскохозяйственного использования глубины, может исчисляться сотнями или даже тысячами лет. В нормальных  природных условиях слой в 1 см плодородной почвы образуется за 100–400 лет.

Почвообразование начинается с первичной сукцессии, проявляющейся в физическом и химическом выветривании, ведущем к разрыхлению с поверхности материнских горных пород, таких как базальты, гнейсы, граниты, известняки, песчаники, сланцы. Этот слой выветривания постепенно заселяется микроорганизмами и лишайниками, которые преобразуют субстрат и обогащают его органическими веществами. В результате деятельности лишайников в первичной почве накапливаются важнейшие элементы питания растений, такие как фосфор, кальций, калий и другие. На этой первичной почве теперь могут поселиться растения и сформировать растительные сообщества, определяющие лицо биогеоценоза. Постепенно в процесс почвообразования вовлекаются более глубокие слои земли. Поэтому большинство почв имеет более или менее выраженный слоистый профиль, разделяемый на почвенные горизонты. В почве поселяется комплекс почвенных организмов – эдафон: бактерии, грибы, насекомые, черви и роющие животные. Эдафон и растения участвуют в образовании почвенного детрита, который через свой организм пропускают детритофаги – черви и личинки насекомых. Например, дождевые черви на гектаре земли за год перерабатывают около 50 т почвы. При разложении растительного детрита образуются гуминовые вещества – слабые органические гуминовые и фульвокислоты – основа почвенного гумуса. Его содержание обеспечивает структурность почвы и доступность растениям минеральных элементов питания. Мощность богатого гумусом слоя определяет плодородие почвы.

В результате же хозяйственной деятельности человека в мире из севооборота уходит столько же земель, сколько вводится в результате мелиоративных и ирригационных работ, на которые тратятся огромные средства. К основным видам антропогенного воздействия на почвы относят следующие:

1)  загрязнение;

2)  вторичное засоление и заболачивание;

3)  опустынивание;

4) отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства;

5)  эрозия.

Так, в частности, эрозия от антропогенного воздействия происходит в 100–1000 раз быстрее, чем в природных условиях. В результате эрозии антропогенного происхождения за последние столетия потеряно        2 млрд га плодородных земель. Большие территории ранее плодородных целинных земель, освоенные под пашню, становятся бесплодными. Оставаясь лишенными на длительное время какой-либо растительности, эти земли оголены ветрами, унесшими верхний гумусовый слой. Кроме того, почва, лишенная растительного покрова, слабо поглощает осадки, и плодородный слой легко вымывается дождями. Так превратились в пустыню обработанные в 30-х годах нашего века большие территории в Техасе, то же происходит с целинными землями Казахстана.

Всего в составе сельскохозяйственных угодий России эрозионно-опасные и подверженные водной и ветровой эрозии почвы занимают более 125 млн га, в том числе эродированные — 54,1 млн га. Каждый третий гектар пашни и пастбищ является эродированным и нуждается в защите от деградационных процессов.

При этом человечество уже не может активно использовать экстенсивный путь развития сельского хозяйства (т.е. расширять площади пахотных земель), а в то же время интенсивный путь, основанный на поддержании и повышении плодородия почв, связан с обязательным применением удобрений. Ежегодно на полях рассеивается около         500 млн т минеральных удобрений и свыше 4 млн т ядохимикатов. При нарушении технологии использования удобрений (что неизбежно) их неблагоприятное воздействие на окружающую природную среду многосторонне сказывается на различных компонентах биосферы. При этом может происходить:

-  нарушение круговорота и баланса питательных веществ;

-  снижение плодородия почв;

-  снижение урожаев сельскохозяйственных культур и качества продуктов;

-  развитие грибковых и других заболеваний растений, рост сорняков из-за нарушения соотношения макро- и микроэлементов в почве;

-  попадание  питательных элементов удобрений и почвы со стоками в грунтовые воды и в поверхностные водоёмы; 

-  проникновение в атмосферу оксидов азота, образующихся при рампаде азотных соединений почвы и удобрений, способствует разрушению озонового слоя.

В настоящее время влияние пестицидов на здоровье населения многие ученые приравнивают к воздействию на человека радиоактивных веществ.

Значительно снижает плодородие почв их  засоление – повышение содержания легкорастворимых солей. Оно может быть вызвано, например, привнесением солей грунтовыми или поверхностными водами. Наиболее часто засоление вызывается нерациональной системой орошения земель.  Так же засолению почвы на больших площадях способствует строительство водохранилищ, вызывающее  повышение уровня грунтовых вод. Особенно высок процент засоления почв в районах древнего орошаемого земледелия, например в долине Нила засолено более 80 % земель, в долине реки Инд – около 67 %.

Продолжается наступление широким фронтом пустынь. Около   60 тыс. км2 земли приходит в негодность или полностью гибнет каждый год в результате сильных и повторяющихся засух. Пустыня Сахара постепенно захватывает обширные территории Судана, Эфиопии, Сомали, Сенегала. Огромные территории превращаются в пустыни в таких странах, как Бразилия, Иран, Пакистан, Бангладеш, Афганистан. Это наступление песков угрожает благополучию и жизни 600–700 млн людей.

Под угрозой опустынивания находятся практически треть территории суши Земли, т.е. почти 45 млн км2, на которых проживают более 850 млн человек. Большая часть засушливых земель не вырабатывает полностью свой производственный потенциал и характеризуется весьма невысокой урожайностью. В единицах потерь продукции это составляет примерно 30 млрд долларов в год. Дополнительные расходы по реабилитации и восстановлению истощенных и засушливых земель зачастую слишком велики даже для экономики развитых стран. Более того, причины деградации земель и затраты на их восстановление очень сильно варьируют от региона к региону даже в пределах одной страны.

Отрицательно влияет на сохранность и плодородие почвы интенсивная вырубка лесов и применение неправильных агротехнических приемов. Среди других факторов, влияющих на процесс деградации сельскохозяйственных территорий, можно назвать неравномерное распределение земель, отсутствие развитой инфраструктуры для поддержки правильного экологически безвредного земледелия.

Объем загрязнения почв ежегодно возрастает. Огромное количество отбросов, богатых органическими веществами, обсемененные бактериями и яйцами гельминтов, ежедневно поступают в почву населенных мест и загрязняют ее. При этом в почву населенных мест с выделениями и отбросами могут попасть возбудители инфекционных заболеваний – дизентерии, брюшного тифа, туляремии, сибирской язвы и др. Многочисленные возбудители болезней выживают в почве достаточно долго, что создает условия для заражения человека. Так бактерии дизентерии выживают в почве от 25 до 100 дней, тифозно-паратифозной группы – до 100 и даже 400 дней. Годами сохраняют жизнеспособность и вирулентность спорообразующие бактерии столбняка, газовой гангрены, ботулизма, сибирской язвы.  Заражение может происходить за счет непосредственного контакта с почвой, а также через выращиваемые на ней продукты питания и через источники водоснабжения, куда атмосферные воды смывают загрязнения с поверхности почвы. Особенно велика роль почвы в распространении гельминтов.

Химическое загрязнение поверхности земли происходит, как правило, медленно и поэтому долго протекает относительно незаметно. Однако в какой-то момент времени концентрация вредных веществ в почве достигает своего пика, и она становится опасной для растений, животных и человека.

Особым источником изменений в природном состоянии почвы являются выбросы промышленных, в первую очередь химических, предприятий. Рядом исследований установлено, что на расстоянии до 2–5 км от разных предприятий в почве накапливаются мышьяк, ртуть, фтор, свинец, медь, марганец и др.

Значительное количество свинца содержат почвы, находящиеся в непосредственной близости от автомобильных дорог. Результаты анализа образцов почвы, отобранных на расстоянии нескольких метров от дороги, показывают 30-кратное превышение концентрации свинца по сравнению с его содержанием в почве незагрязненных районов.

Большинство промышленных и коммунальных выбросов, в конечном счете, оседает на поверхности и концентрируется в почве, самоочищение которой происходит очень медленно, а в районах с холодным климатом почти не происходит.

Например, при исследовании почв в районе расположения горно-химического комплекса по производству фосфорных минеральных удобрений (г. Кировск Мурманской области) было установлено, что степень накопления загрязнений в снежном покрове вблизи предприятий по 11 химическим элементам превышает фоновый уровень до 200 раз. Загрязнение поверхностного слоя почвы в целом соответствует загрязнению снежного покрова. В зоне жилой застройки на расстоянии до 7 км от обогатительных фабрик накопление тяжелых металлов в почве оказалось выше среднего регионального уровня в 15–120 раз.

К числу химических соединений, загрязняющих почву, относятся и канцерогены. Наиболее широкое распространение имеют такие канцерогены, как полициклические ароматические углеводороды. В эту группу входят более 200 агентов, в т.ч. бенз(а)пирен, дибенз-3,4-бензфлуарантон и др., обладающие высокой канцерогенностью. Основными источниками загрязнения почвы канцерогенами являются выхлопные газы самолетов, автотранспорта, выбросы промышленных предприятий.

Интенсивное загрязнение почвы происходит в результате неправильного оборудования и неправильной эксплуатации очистных сооружений – полей орошения, полей ассенизации, биопрудов, отстойников, шламонакопителей, городских и промышленных свалок.

Одной из серьезных экологических проблем России является загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами. В результате, например, в отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые значения в        150–250 раз. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га, загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее пяти сантиметров.

Загрязняющие вещества, накапливаясь в почвенном покрове, постепенно изменяют его химический состав, в результате чего в первую очередь гибнут микроорганизмы, осуществляющие процессы разложения органики, попадающей в почву. В итоге почва становится «мертвой».

Серьезная антропогенная нагрузка на литосферу происходит вследствие интенсивной добычи минерального сырья. В настоящее время его ежегодно мировое потребление составляет 120 млрд т. Причем в процессе преобразования литосферы человек уже извлек более           125 млрд т угля, 32 млрд т нефти, более 100 млрд т других полезных ископаемых.

Всего лишь за один год на десятках тысяч горнодобывающих предприятий мира извлекается и перерабатывается более 150 млрд т горных пород, откачиваются миллиарды тонн кубических метров подземных вод, накапливаются горы отходов. Только на территории Донбасса расположено более 2000 отвалов пород – терриконов, достигающих высоты 50–80 м, а в отдельных случаях и более 100 м.

Спектр влияния на биосферу разрушенных ландшафтов, распространения загрязнителей, образующихся в результате деятельности горнодобывающих и обогатительных предприятий, настолько широк, что в ряде районов вызывает непредсказуемые эффекты, губительно сказывающиеся на состоянии почвы, растительности, представителей животного мира, здоровье людей.

Наиболее существенные нарушения природной среды возникают при открытых горных работах, для организации которых и используется обычно значительная территория, занятая карьерами, отвалами, железнодорожными и автомобильными дорогами, обогатительными фабриками и другими промышленными сооружениями. Так, средняя площадь карьера строительных материалов составляет 30–50 га, карьера по добыче марганцевой руды или угля – 1000–2000 га, железорудного карьера – 150–500 га.

Открытый способ разработки является основным направлением развития горной промышленности, что вызывает увеличение территорий, которые частично или полностью подвергаются нарушению. Так в районах добычи железной руды на месторождениях Курской магнитной аномалии к настоящему времени отвалы составляют более 1 млрд м3.

Нарушенные горными разработками земли представляют собой склоновые поверхности различной формы и ориентировки, увенчанные гребнями или конусами, существенно отличающиеся по ряду своих свойств от естественных. Открытыми разработками россыпных месторождений нарушены природные долинные ландшафты многих рек Южной и Северо-Восточной Сибири. Часть нарушенных долинных ландшафтов освоена вторичной растительностью, часть представляет собой открытые техногенные бедленды, называемые иногда "лунными ландшафтами". В большинстве случаях самовосстановления растительности нарушенных долинных ландшафтов, последние не достигают зональной биологической продуктивности и, соответственно, экологической ценности и значимости.

Воздействие на литосферу подземных горных разработок проявляется в образовании на поверхности Земли отвалов вскрышных и вмещающих пород; хвосто- и шламохранилищ, в которых накапливаются породные отходы, остающиеся после обогащения руд; разного рода провалов и впадин, различающихся формой и глубиной.

Обнаженные горные породы в бортах провалов, поверхность терриконов, хвосто- и шламохранилищ нередко становятся источником пылеобразования, а при разработке горючих полезных ископаемых – дыма, причем в составе пыли и дыма в воздух могут попадать фитотоксичные компоненты. Они же могут оказаться и в грунтовых водах, формирующих свой химический состав в провальных мульдах и отвальных породах. Таким образом, помимо воздействия на рельеф поверхности земли, подземные горные разработки могут также приводить к загрязнению поверхности почвы, растительности и подземных вод.

Влияние геолого-разведочных работ состоит в нарушении поверхности и почвенно-растительного покрова при организации и обустройстве площадок буровых работ, строительстве и эксплуатации временных дорог и поселков разведчиков, прокладке дорожных трасс и зимников гусеничного транспорта, неорганизованной езды гусеничного транспорта. Подсчитано, что, при сооружении простейшей дороги шириной всего 4 м, размеры занимаемой ею площади составят 1 га на каждые 2,5 км трассы.

Еще большие разрушения ландшафтов вызывает транспортировка тракторами не разобранных буровых вышек: при передвижении буровой вышки на 15 км нарушается до 100 га поверхности, подверженной, в последующем, активизации различных экзогенных, в т.ч. криогенных процессов.

Полной переработке подвергаются земельные участки, на которых непосредственно производятся геолого-разведочные работы. В частности,  площади земель, отводимые для организации разведочного бурения, проходки открытых разведочных выработок, строительства временных поселков, ремонтных баз, складов ГСМ и различных иных материалов и оборудования, стоянок гусеничного и автомобильного транспорта. Проходка открытых разведочных горных выработок (канав и шурфов) сопровождается формированием соответствующих выемок и породных отвалов, причем при проходке канав взрывом, их ширина и разброс породы от оси канавы изменяется десятками метров в каждую сторону. Существенное воздействие на природные ландшафты северных территорий оказывают глубокие разведочные работы на нефтяные и газовые месторождения. В частности, загрязнения земель в результате эксплуатации скважин могут возникать как следствие обслуживания узлов и механизмов буровой установки: очистки сеток вибросит, обмыва буровых площадок и оборудования, утечек химреагентов в процессе приготовления буровых растворов, сброса выбуренной породы, аварийных сбросов загрязнителей при нефтегазопроявлениях, засорениях и нарушениях целостности системы желобов или неисправностях запорной арматуры. На все эти воздействия накладываются аварийные ситуации прямого попадания на поверхность углеводородного сырья.

В процессе инженерно-хозяйственной деятельности человека горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры в той или иной степени, претерпевают сжатие, растяжение, сдвижение, водонасыщение, осушение, вибрации и другие воздействия.

К числу основных антропогенных воздействий на породы относятся: статические и динамические нагрузки, тепловое воздействие, электрические воздействия.

Статические нагрузки – это наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений образуется зона активного изменения горных пород, достигающая глубин 70–100 м.

Динамические нагрузки включают вибрации, удары, толчки и другие динамические воздействия, типичные при работе транспорта, ударных и вибрационных строительных машин, заводских механизмов. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые недоуплотненные породы (пески, торф). Прочность этих пород заметно снижается, они уплотняются, структурные связи нарушаются, возможно, внезапное разжижение и образование оползней, отвалов, плывущих выбросов и других неблагоприятных процессов. Другим видом динамических нагрузок являются взрывы, действие которых сходно с сейсмическими воздействиями. Горные породы разрушают взрывным способом при строительстве автомобильных и железных дорог, гидротехнических плотин, добыче полезных ископаемых. Очень часто взрывы сопровождаются нарушением природного равновесия – возникают оползни, обвалы и т. п.

Повышение температуры горных пород наблюдается при подземной газификации углей, в основании доменных и мартеновских печей и др. Так в зоне подземной газификации углей при температуре         1000–1600 °С породы спекаются, “каменеют” и теряют свои первоначальные свойства. Создаваемое в горных породах искусственное электрическое поле (электрифицированный транспорт, ЛЭП) порождает блуждающие токи и поля. Наиболее заметно они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивляемость и другие электрические свойства пород.

Предыдущая